賀喜平 長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院

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芻議計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)研究中的重要性

賀喜平 長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院

摘 要：計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代化的工具對(duì)各個(gè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都有著極為重要的作用，尤其是在材料科學(xué)的研究發(fā)展中發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用，材料科學(xué)屬于研究材料的一種綜合性學(xué)科，如，以鋼鐵行業(yè)為例來(lái)說(shuō)，高爐內(nèi)溫度的測(cè)量、爐內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的監(jiān)控、高爐使用壽命的仿真等等都離不開(kāi)對(duì)計(jì)算機(jī)的使用。隨著各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的逐漸精細(xì)化和完整化，對(duì)計(jì)算機(jī)的使用要求也在不斷地提高，計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中可以說(shuō)是有著廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 重要性

現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)我們所需材料的性能等方面也提出了較高的要求，同樣的，對(duì)于材料科學(xué)研究領(lǐng)域本身來(lái)說(shuō)，要求也是越來(lái)越高了，那么，材料科學(xué)研究的發(fā)展又是怎樣與計(jì)算機(jī)建立起了密不可分的聯(lián)系呢？這就需要我們?cè)诔浞至私庥?jì)算機(jī)與材料科學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上來(lái)具體地分析計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的幾個(gè)應(yīng)用。

現(xiàn)在，材料科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了一個(gè)較好地發(fā)展，這就需要我們?cè)诔浞掷糜?jì)算機(jī)的前提下把對(duì)材料科學(xué)的研究推向一個(gè)全新的高度，同時(shí)，這個(gè)新發(fā)展將大大提高研究領(lǐng)域的使用效能。

一、常用計(jì)算方法和數(shù)據(jù)處理

常用計(jì)算方法和數(shù)據(jù)處理：常用數(shù)值分析方法；線性方程組解法；最小二乘法曲線擬合；三次樣條插值函數(shù)；數(shù)值分析軟件及應(yīng)用舉例；材料科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)處理；材料科學(xué)研究的數(shù)據(jù)類型；材料研究中的數(shù)據(jù)分析；材料研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；圖象處理在材料領(lǐng)域的應(yīng)用；數(shù)據(jù)分析軟件介紹及應(yīng)用舉例。

二、材料科學(xué)研究中數(shù)值模擬方法基礎(chǔ)

材料科學(xué)研究中數(shù)值模擬方法基礎(chǔ)：有限差分法，差分方程的建立；差分方程的求解方法；有限元法的基本概念；有限元法的基本理論；現(xiàn)代有限元分析軟件簡(jiǎn)介及在各專業(yè)方向應(yīng)用舉例。

三、材料科學(xué)與工程中的物理場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析

材料科學(xué)與工程中的物理場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析：溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析；溫度場(chǎng)及傳熱學(xué)問(wèn)題；導(dǎo)熱微分方程；導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)值解析；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的有限差分格式；溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析舉例；濃度擴(kuò)散場(chǎng)計(jì)算機(jī)分析；擴(kuò)散方程；擴(kuò)散方程初始條件和邊界條件；擴(kuò)散方程的數(shù)值解析及針對(duì)物理場(chǎng)和溫度場(chǎng)在各專業(yè)方向?qū)嶋H過(guò)程介紹。

四、材料相關(guān)學(xué)科和計(jì)算機(jī)學(xué)科的相互交叉

（一）材料學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)科的相互學(xué)習(xí)和使用。從一定程度上，計(jì)算機(jī)科學(xué)與材料科學(xué)之間沒(méi)有明確的界限，也就是說(shuō)，當(dāng)我們?cè)趯W(xué)習(xí)材料科學(xué)的時(shí)候，需要間歇式地學(xué)習(xí)一些計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)。計(jì)算機(jī)和材料相關(guān)學(xué)科是結(jié)合在一起的，它們的交叉體現(xiàn)在要通過(guò)計(jì)算機(jī)的高技術(shù)手段來(lái)研究材料的性質(zhì)、仿制材料的構(gòu)成。

（二）在材料科學(xué)研究中使用計(jì)算機(jī)不可缺少。在材料科學(xué)的研究過(guò)程中，分析材料的性能、分析材料的組成、新性能材料的設(shè)計(jì)以及制備方法、加工工藝等等都需要用到計(jì)算機(jī)；材料科學(xué)研究的每一個(gè)領(lǐng)域倘若離開(kāi)計(jì)算機(jī)就無(wú)法正常完成任務(wù)，因此說(shuō)，計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)研究領(lǐng)域中起著不可忽視的重要作用，更是材料科學(xué)研究中的高科技工具。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，材料科學(xué)的研究才能更趨向自動(dòng)化與集成化。

五、利用計(jì)算機(jī)技術(shù)更好的為材料科學(xué)服務(wù)

（一）方便研究人員進(jìn)行知識(shí)交流和查閱。運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能可以為材料科學(xué)行業(yè)的研究人員提供更加便捷的服務(wù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，研究人員可以查閱自己所需要的科研資料、及時(shí)關(guān)注材料科學(xué)研究領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)、了解材料科學(xué)研究的發(fā)展方向、并且可以發(fā)表自己的論文以供廣大閱讀者學(xué)習(xí)，同時(shí)還可以建立自己的網(wǎng)頁(yè)來(lái)專門介紹自己的研究成果，以此通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了科研人員之間的交流研究，也可以進(jìn)一步推進(jìn)材料科學(xué)的巨大發(fā)展。

（二）用于材料的開(kāi)發(fā)加工和構(gòu)造的理論等方面的分析。在材料科學(xué)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)的作用尤為重要，新材料研究開(kāi)發(fā)中，需在結(jié)合理論的基礎(chǔ)上運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)材料的組成、結(jié)構(gòu)以及性能，而且，通過(guò)理論設(shè)計(jì)來(lái)定做新材料的時(shí)候更是離不開(kāi)對(duì)計(jì)算機(jī)的使用，因此說(shuō)，計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)新材料領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。它促進(jìn)材料科學(xué)的向前發(fā)展，同時(shí)也為材料科學(xué)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)做出了一定的貢獻(xiàn)。

（三）可以發(fā)揮出計(jì)算機(jī)在數(shù)值模型等方面分析的功能。在對(duì)材料分析和研究中，很多時(shí)候要利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)真實(shí)地操作系統(tǒng)進(jìn)行一定的仿真模擬操作，同時(shí)提供模擬的結(jié)果來(lái)有效地促進(jìn)材料科學(xué)研究的發(fā)展；通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬可以把真實(shí)的操作結(jié)果與仿真模擬的結(jié)果相比較，從而來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性和正確性；對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)的應(yīng)用遍及材料科學(xué)的整個(gè)環(huán)節(jié)中，對(duì)材料科學(xué)的研究可謂是起著非常重要的作用，通過(guò)對(duì)材料的合成、研究性能設(shè)備等方面來(lái)更好地促進(jìn)材料科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

（四）強(qiáng)大圖像分析功能在材料學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用。在材料微觀構(gòu)造的分析中，會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)以及需要對(duì)圖像進(jìn)行必要的處理。在這種時(shí)候，充分借助計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)處理功能不僅僅可以保存大量的數(shù)據(jù)，而且在一定程度上可以減少對(duì)人力的使用，節(jié)省我們寶貴的時(shí)間；同時(shí)，計(jì)算機(jī)在計(jì)算存儲(chǔ)方面標(biāo)準(zhǔn)正確，我們就不用再擔(dān)心對(duì)數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)的問(wèn)題了；對(duì)于材料研究過(guò)程中的圖像處理也會(huì)方便得多，利用計(jì)算機(jī)的圖像處理功能來(lái)研究材料的結(jié)構(gòu)組成則會(huì)更加方便快捷。

通過(guò)以上分析可以看出，材料科學(xué)作為一門新型的學(xué)科不僅涉及面廣，而且發(fā)展還不是那么的成熟，當(dāng)前對(duì)于它的研究仍需要一個(gè)過(guò)程去努力進(jìn)行探索，我們?nèi)孕枰粋€(gè)很長(zhǎng)的階段去探討。作為高科技之一的計(jì)算機(jī)，在當(dāng)今社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中都起著極為關(guān)鍵的作用，同樣，在材料科學(xué)研究過(guò)程中的作用也是不可忽視的，計(jì)算機(jī)為材料科學(xué)的發(fā)展提供了重要的工具，以此來(lái)推進(jìn)材料科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，并成為了材料科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要工具。

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